[發明專利]結合TDR技術的靜力觸探探頭、檢測系統和測量方法

在審

• 申請號: 202111588304.0
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114215035A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 任非凡;劉佳豪;黃強強
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E02D1/02
• 分類號: E02D1/02;G01D21/02;G01N9/24;G01N27/04;G01N27/22
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

本發明涉及一種結合TDR技術的靜力觸探探頭、檢測系統和測量方法，其中探頭包括錐頭、探桿和探頭控制單元，以及TDR探針、用于檢測錐尖阻力的第一檢測機構、用于檢測側摩阻力的第二檢測機構、用于檢測孔隙水壓力的第三檢測機構，錐頭包括圓錐段和圓柱段，TDR探針共設有多個，錐頭的外側壁上設有與TDR探針數量一致的卡槽，各卡槽環繞錐頭表面等角度布置，各TDR探針分別嵌于各卡槽中，且TDR探針的方向與錐頭軸向平行，TDR探針與錐頭的接觸面上設有絕緣層，TDR探針的端部成錐形，延伸至錐頭的圓錐段處，并與圓錐段的錐面平滑過渡，TDR探針、和各檢測機構均與探頭控制單元連接。與現有技術相比，本發明具有提高測量準確性且能能夠連續測量土體多個參數等優點。

技術領域

本發明涉及土體原位測試領域，尤其是涉及一種結合TDR技術的靜力觸探探頭、檢測系統和測量方法。

背景技術

土體電導率、介電常數、溫度作為評價土壤很重要的參數，土體電導率在環境巖土領域應用較為廣泛，可以用來評價土體有機質含量，也可以建立土體電導率與土體孔隙水電導率之間的關系，可以監測土體的污染情況，也可以通過對土體介電常數的測量來計算得到土體含水率、干密度等重要參數。溫度作為影響巖土材料固結蠕變特性的主要因素之一，對巖土工程變形的影響不可忽視，在反復的溫度變化下粘性土的工程性質會發生變化，由此可能導致變形和沉降等一系列工程問題。

對于土體電導率的測量一般是通過取樣試驗，或者是在鉆孔中進行原位測試，在農業中對土體電導率的測量也僅是對土體表面電導率的測量，取樣試驗由于取樣過程中對原狀土產生了破壞，所測得的土體電導率和溫度與實際不符，而鉆孔中的原位測試是在鉆孔的基礎上將時域反射法(Time Domain Reflectometry，TDR)探頭插入待測土體進行測量，但在工程實際中我們需要對場地中土體進行多點測量，鉆孔原位測試很明顯不滿足經濟效益。

通過對土體電導率、介電常數、溫度的測量可以用來評價土體有機質含量，含水率，溫度，干密度，污染程度等，是模型試驗中常需要測量的參數，而一般的室內模型實驗多采用縮尺實驗，且這些參數的測量多是通過提前埋設傳感器進行，由于模型尺寸有限，導致傳感器的布置也受到限制，一般室內試驗僅僅是在特殊位置布置傳感器進行測量，通過特殊位置的測量結果來評價整個模型，這樣往往增加了實驗的誤差，而且不能夠滿足實驗需求，并且太多傳感器的埋入影響試驗的模擬效果，因此在開展模型試驗時需要這樣一個多功能型靜力觸探設備，不僅可以進行多個指標的并行測量，提高各指標之間的相關性，而且可以實現對模型進行連續多點或不同深度的測量，滿足室內模型實驗的需求。

孔壓靜力觸探是一種常用的原位測試技術，在工程場地進行原位測試可以測量得到貫入過程中的錐尖阻力、側摩阻力、超孔隙水壓力。基本原理是將一個內部裝有傳感器的靜力觸探探頭勻速壓入土體，由于不同土層的性質各異，在壓入過程中探頭所受阻力也不同，傳感器記錄探頭所受阻力的不同，再通過貫入阻力與土的工程地質特征之間的定性關系和統計相關關系，來實現取得土層剖面、固結系數、得到土層承載力、選擇樁端持力層。探頭在壓入過程中會產生超孔隙水壓力，通過孔隙水壓力傳感器測量得到產生的超孔隙水壓力大小。孔壓靜力觸探相比于傳統的鉆探、取樣、室內試驗有著準確、經濟、快速的特點。但是其無法原位測量土體深處的電導率、介電常數和溫度等。

本領域技術人員迫切需要得到一種可以原位測量土體深處的電導率、介電常數、溫度的探頭。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種結合TDR技術的靜力觸探探頭、檢測系統和測量方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種結合TDR技術的靜力觸探探頭，包括錐頭、探桿和探頭控制單元，以及TDR探針、用于檢測錐尖阻力的第一檢測機構、用于檢測側摩阻力的第二檢測機構、用于檢測孔隙水壓力的第三檢測機構，